Під аналогією слід розуміти перенесення закономірностей, здобутих на  основі знань з вивчення якогось об’єкта (моделі) на інші, які є менш вивченими або менш доступними для дослідження. З аналогією тісно пов’язане моделювання. Моделювання – це дослідження об’єктів пізнання  за допомогою їхніх моделей.

З’ясовано, що застосування методу аналогії в науці має велике значення для розвитку евристичного мислення. При застосуванні методу аналогії вибирають об’єкт-оригінал із відомого знання, а досліджуваний об’єкт розглядають як об’єкт-аналог. Висновок, зроблений за методом аналогії стосується об’єкта-аналога. На основі подібностей об’єкта-оригінала та об’єкта-аналога (які, на перший погляд, не піддаються порівнянню)  виникають інтуїтивні передбачення щодо способів розв’язування проблеми. При цьому виробляється вміння застосовувати вже відомі способи розв’язування задач у нових навчально-практичних ситуаціях.

Використання аналогій є ефективним методом модельно – наочного визначення суті фізичних явищ і величин, з’ясування їх істотних ознак і властивостей, а також встановлення кількісного і якісного співвідношень між ними. Цей метод сприяє кращому сприйманню і розумінню вивченого матеріалу учнями, він дає змогу значно спрощувати розв’язання багатьох порівняно складних задач.

Застосування методу аналогії уже багато років реалізовано різними науковцями у таких питаннях: аналогія поступального та обертального рухів; аналогія гравітаційного та електростатичного полів; застосування аналогії при вивченні послідовного і паралельного з’єднання елементів; аналогія в задачах на обчислення роботи змінних сил; аналогія у коливальних процесах; застосування електромеханічної аналогії до розв’язування аналогічних задач; аналогія в геометричній оптиці; застосування аналогій при визначенні середніх величин.

Цінність одночасного вивчення поступального і обертального рухів полягає в тому, що відбувається з’ясування суті моменту інерції, моменту сили, моменту імпульсу тощо. При розв’язуванні задач на закони збереження у механіці і електростатиці була виявлена можливість розв’язувати їх за єдиною схемою, оскільки електростатичне поле і поле сили тяжіння - потенціальні. Головними елементами розглянутих задач були закони збереження імпульсу поступального і обертального рухів при непружному ударі та закон збереження заряду. Розв’язування задач на рух тіла, кинутого під кутом до горизонту (модель-оригінал) у порівнянні з розв’язуванням задач на рух зарядів у полі конденсатора (модель-аналог) виявляється плідним, оскільки полегшує розв’язування аналогічних задач.

Досліджено єдиний алгоритм розв’язування простих задач на послідовне і паралельне з’єднання елементів. За модель-оригінал беруться з’єднання конденсаторів, а з’єднання резисторів та пружин розглядаються як моделі-аналоги. Під час вивчення теми «Постійний електричний струм» заповнюється таблиця для з’єднань конденсаторів і резисторів. У процесі вивчення теми «Гармонічні коливання» таблиця доповнюється з’єднаннями пружин.

Аналогія коливань різних фізичних систем демонструється у таблиці, яка складена за таким алгоритмом: рисунок, який зображує певну коливальну систему; рівняння, яке описує коливання даної системи; відповідне диференціальне рівняння другого порядку; розв’язок диференціального рівняння; формула для кутової швидкості коливань; формула періоду коливань. Саме з рівнянь, які описують коливання  відповідних систем видно аналогію між механічними та електромагнітними величинами: масі відповідає індуктивність, коефіцієнту пружності – величина обернена ємності, координаті – заряд, лінійній швидкості – сила струму тощо.

Паралельне вивчення механічних коливань та коливань у коливальному контурі унаочнює аналогію механічних і електромагнітних величин та формул. Складена для них таблиця полегшує і скорочує хід розв’язування задач на визначення періоду коливань складних механічних і електромагнітних систем у порівнянні з відомими методами розв’язування цих типів задач.                    

Метод аналогії дає можливість використати метод середнього у різних розділах фізики. Метод середнього застосовуємо при розв’язуванні задач на визначення середніх величин, параметрів і характеристик: суміші газів або рідин, неоднорідних тіл, нерівномірних рухів, неоднорідних діелектриків тощо.

Часто для пояснення певних тем вчитель може звертатись до аналогічних понять з одного розділу фізики, чи аналогічних понять із різних розділів, чи навіть до аналогічних понять із розділів несуміжних наук. Але бувають випадки в навчальній практиці, коли вчителю простіше звернутись до життєвого досвіду учнів, використовуючи його набуті життєві компетенції.

Таке звернення може відбутися вже на одному з перших уроків в 7 класі. Пояснюючи тему «Броунівський рух» можна в ролі молекул уявно взяти першокласників, які на перерві хаотично бігають в коридорі, а в ролі броунівської частинки – одинадцятикласника, який намагається стояти спокійно і читати книжку. З усіх боків старшокласника штовхають малята, і, якщо уявити першокласників невидимими, то дивний рух старшокласника – це і є рух «великої броунівської частинки». Ця аналогія дає можливість уникнути помилки, яку часто роблять учні, плутаючи тепловий рух молекул і броунівський рух.

Ще один приклад.  При вивченні теми «Струм у напівпровідниках» для пояснення розриву валентних зв’язків розповідаємо про 2 людські родини. В одній родині є 4 дочки, в другій – 4 сини. Батьки одружили між собою пари, таким чином кожна пара є спільною для одних і інших батьків (ковалентний зв’язок).  Якщо ж хоча б одна пара розлучається, то чоловік стає вільним і є аналогом вільного носія заряду (або зв’язаного, якщо почне відбивати жінок у своїх товаришів). Це аналогія, яка дає змогу зрозуміти фізичну суть власної провідності напівпровідників. Домішкова ж провідність пояснюється на основі спостережень за сім’ями з 4 дочками і 5 синами або 4 дочками і 3 синами. Такий метод пізнання світу напівпровідників описаний в книзі Е. Айсберга «Транзистор? Это очень просто!».

Роль сім’ї також можна використовувати при поясненні закону Ома для повного кола і поняття внутрішнього опору джерела струму. Те, що джерело має свій внутрішній опір і бере частину енергії, яку виробляє собі дуже схоже на харчування в сім’ї. Діти усвідомлюють той факт, що мама, яка готує їжу на всю сім’ю, сама обов’язково буде вживати цю їжу. Тільки одні мами ідуть на «самопожертву» і дуже мало споживають таку енергію (це батарейки з малим внутрішнім опором), а інші погано доглядають за дітьми, і самі споживають багато їжі, яку приготували (джерела, на яких іде великий спад напруги на внутрішньому опорі). При цьому ще раз наголошуємо, що спад напруги – це і є та частина енергії, яка витрачається на перенесення одиничного заряду (і тут можна провести лінію-аналогію з витраченням частини енергії під час теплопередачі на одиницю маси, тобто питомою теплотою).

Найдоцільніше використовувати метод аналогій і життєвих компетенцій учнів при вивченні тих розділів, де інші методи застосувати дуже важко. Це в першу чергу стосується квантової фізики. Яскравим прикладом є пояснення «хіггсовського механізму». Точніше це не стільки пояснення, скільки наочна ілюстрація думки – при русі частинки крізь яке-небудь середовище може з’явитися інертність. Найпростіше пояснення – аналогія між хіггсовським полем і людьми на вечірці. Уявляємо залу з гостей. Раптово в приміщення входить якась відома людина, і навколо неї утворюється підвищена концентрація людей, які бажають з нею поспілкуватися. Під час його руху щільна група людей переміщується разом з ним. Це виглядає так, начебто у рухомого об’єкта з’явилась додаткова маса через спілкування з «людським фоном». Це і є аналогія маси, яку набуває частинка, що рухається крізь хіггсовське поле. Якщо ж представити, що людина, що з’явилась у дверях, розповіла найближчим до виходу людям якусь чутку, то вони стануть передавати цю чутку далі й далі. В результаті виникла «хвиля», що переміщається по кімнаті і притягує до себе сусідів. це аналог бозона Хіггса.

Це пояснення було придумано одним з переможців конкурсу на найзрозуміліше односторінкове пояснення хіггсовського бозона, який оголосив у 1993 році британський міністр науки Вільям Волдгрейв.

Більш фізичне, і разом з тим наочне пояснення, яке запропонував інший учасник конкурсу. якщо взяти шматок пінопласту і покришити його на стіл, то вони розлітаються при найменшому вітерці. Це аналогія безмасових частинок, тобто частинок з дуже малою інертністю. Якщо ж обережно налити води, і в неї занурити легенькі пінопластові кульки, то під час вітру кульки відпливають, але не так охоче. Якби ми не бачили воду, нам би здавалося, що у кульок з’явилась інертність, якої раніше не було. Ця інертність виникає через те, що їм під час руху необхідно протискуватися крізь воду. Вода в цій аналогії відіграє роль вакуумного хіггсовського поля, а брижі на воді – аналог хіггсовським бозонів.

         Для розвитку економіки, курс на який бере сучасна Україна, країні будуть все більше потрібні кваліфіковані інженери, які глибоко розуміють не  тільки механіку і електрику, а й квантову фізику, що сприяє швидкому розвитку наноелектроніки та нанотехнологій. Оскільки концепції цього розділу фізики лежать за межами образно-наочного сприйняття, то  це спонукає  до використання аналогій, які допомагають розвивати «квантову інтуїцію», «квантове мислення», сприйняття єдиної фізичної картини світу.

         Життєві компетенції використав Ервін Шредингер ще в 1935 році, пояснюючи поведінку електронів, які володіють загадковими властивостями зникати на одній орбіті і одночасно з’являтися на іншій (квантування орбіт). Ця логічна загадка отримала назву «кішка Шредингера».

         Щоб якось пояснити феномен мікросвіту з «телепортацією» електронів, учені вимушені були припустити, що елементарні частинки можуть існувати і у вигляді корпускул і у вигляді хвиль. Видатний Луї де Бройль припустив, що кожній частинці відповідає хвиля, що заповнює весь простір. Амплітуда цієї хвилі максимальна там, де ймовірніше всього знаходиться частинка. Але в будь-який момент без видимого переходу вона може змінити місцезнаходження. Шредингер, розмірковуючи про дивацтва поведінки частинок, поставив уявний експеримент, який досі бентежить розум.

         Припустимо, - сказав учений, - в закритому ящику знаходиться кішка. Там же є лічильник Гейгера, балончик з отруйною речовиною і радіоактивна частинка. Якщо остання проявить себе як частинка, лічильник спрацює, ввімкне балончик з газом і кішка помре. Якщо частинка буде поводити себе як хвиля, лічильник не зреагує, і тварина, відповідно, залишиться живою.

         Що можна сказати про кішку, дивлячись на закритий ящик?

З життєвої точки зору кішка або жива або ні. Але закони квантової фізики передбачають, що кішка і жива, і мертва одночасно з імовірністю 0,5. І такий дивний стан буде продовжуватися, доки який-небудь спостерігач не зніме цю невизначеність, подивившись до ящика.

         Здавалося б до макросвіту ці міркування не застосовні (простіше кажучи «що дозволено електрону, людині – ні-ні!), але в 1997 році Девід Ричард із Массачусетського університету, а потім Кристофер Монро із інституту стандартів і технологій (США) експериментально показали реальність парадоксу «кішки Шредингера». Однозарядний йон гелію зупинили, знизивши температуру майже до абсолютного нуля. У єдиного електрона на орбіті існувало дві можливості – обертатися за годинниковою стрілкою або проти. Але за допомогою лазерного променя фізики позбавили частинку вибору. Тут і відбулося неймовірне. Атом гелію роздвоївся, реалізовуючи себе одразу у двох станах – в одному електрон обертався за годинниковою стрілкою, в другому – проти. І хоча відстань між цими станами була всього 83 нанометри, але на інтерференційній картині сліди від двох атомів.

Цей експеримент не просто став реальним фізичним еквівалентом «кішки Шредингера», яка жива і мертва одночасно, а й показав, що не тільки мікро-, але й макросистеми можуть в певних умовах роздвоюватися чи миттєво переноситися в просторі. Так аналогія з використанням життєвих компетенцій наблизила людей на один крок до розуміння можливості телепортації не тільки в мікросвіті, а й в макросвіті.

         Метод аналогій може використовуватися там, де інші методи не дають очікуваних  результатів навчання, коли немає можливості провести наочний експеримент або фізичний зміст явища чи поняття не є очевидним. Цей метод використовується також тоді, коли необхідно зекономити час на вивчення теми. Якщо інша тема має аналогічні поняття, то порівняльна таблиця дає можливість обмежитися створенням асоціативних зв’язків і вивільнити час на формування практичних навичок. На кожному уроці учитель повинен використовувати різні методи навчання, в том у числі і метод аналогій. Але кожний з цих методів повинен допомагати учителеві досягати головної мети – домогтися розуміння учнями фізичного змісту явища.